发电厂电气部分课程设计200MW地区凝气式火力发电厂电气设计

发电厂电气部分课程设计课程设计任务书题目地区凝气式火力发电厂电气设计学生姓名胡佳学号201005200110专业班级电气1001设计(论文)内容及基本要求1.设计要求（1）分析原始资料（2）设计主接线（3）计算短路电流（4）电气设备选择2.设计内容（1）地区凝汽式火电厂；（2）机组容量与台数： ， ；3负荷与系统情况（1）发电机电压负荷：最大，最小，小时；（2）负荷：最大，最小，小时；（3）剩余功率全部送入系统，负荷中类负荷比例为，类负荷为，类负荷为。（4）供电回路数： 发电机电压端电缆出线8回，发电机端电压电缆出线2回。每回负荷不等，平均在左右，送电距离为； 端架空线3回； 端架空线2回。起止时间2011年 6月 20日 至 2011年 6月 28日指导教师签名 2011年 6月 28日系(教研室)主任签名 2011年 6月 28日学生签名 2011年 6月 28日目 录设计任务书1目录2一、前言3二、原始资料分析4三、主接线方案确定5主接线方案拟定5主接线方案确定5四、主变压器确定7主变压器台数7主变压器的容量7主变压器的形式7五、短路电流计算8短路计算的目的8短路电流计算的条件8短路电流的计算方法8六、主要电气设备的选择10电气设备选择的原则10电气设备选择的条件10电气设备选择明细表11七、设计总结14参考文献15附录A：短路电流计算16附录B：设备选择及计算20附录C：完整的主接线图27一、 前言(一)、设计任务1、发电厂情况：（1）地区凝汽式火电厂；（2）机组容量与台数： ， ；2、负荷与系统情况：（1）发电机电压负荷：最大，最小，小时；（2）负荷：最大，最小，小时；（3）剩余功率全部送入系统，全部负荷中类负荷比例为，类负荷为，类负荷为。（二）、设计目的 发电厂电气部分课程设计是学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到：1、巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。2、熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。3、掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。4、学习工程设计说明书的撰写。（三）、任务要求1、分析原始资料2、设计主接线3、计算短路电流4、电气设备选择及校验（四）、设计原则 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便、尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。（五）、设计基本要求可靠性、灵活性、经济性二、 原始资料分析1、 本工程情况：设计一座装机容量为的凝汽式火力发电厂。计划安装两台的汽轮发电机组，型号为,功率因数为，安装顺序为、机；安装一台的汽轮发电机组，型号为,功率因数为，安装顺序为机。2、电力系统情况：发电机电压负荷最大为，最小为，最大负荷利用小时数小时；负荷：最大，最小，最大负荷利用小时数小时；剩余最大功率送入系统。3、负荷情况：发电机电压端电缆出线8回，发电机端电压电缆出线2回。每回负荷不等，平均在左右，送电距离为；端架空线出线3回；端架空线出线2回。4、环境条件：年平均温度。三、 主接线方案确定1、主接线方案拟定：根据原始资料分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案，进而以优化方案，组成最佳方案。（1）、电压等级：连接发电机出线端，且有八回电缆出线，发电机容量为，为保证供电可靠性，因此选用单母线分段接线形式，2台机组分别接在两段母线上。其剩余功率通过双绕组变压器全部送往母线。由于每条出线选用电缆传送，所以各条电缆出线上都装有线路电抗器。由此也可选用轻型断路器，以降低成本。（2）、电压等级：出线回路为2回架空线路，为保证供电可靠性和灵活性，选用双母线接线方式，由于此处最大负荷为，所以由发电机通过三绕组变压器供电，剩余功率送至系统。（3）、电压等级：只有一回架空线路，应采用单母线接线或单母分段接线方式，其进线从三台出口发电机通过变压器送来的容量。2、主接线方案确定根据以上的分析，筛选组合，可保留两种可能的接线方式如下图：方案图（1）方案图（2）主接线方案比较表 方 案项 目方案图（1）方案图（2）可靠性侧采用单母线接线方式可靠性较差侧采用单母分段接线，可靠性较高灵活性侧接两个变压器，操作简单侧接三个变压器，调度方便，但接线稍显复杂，经济性采用两台变压器，花费低采用三台变压器及更多的其他辅助设备，花费高通过比较，由于此设计属于中小型火电厂，所以着重考虑经济性，因方案只用一台双绕组变压器及其两侧的断路器和隔离开关，220kV侧采用单母线接线方式，均减少了断路器的数量，配电装置投资大大减小，且误操作的可能性要相对较小，占地面积也相对减小。相对于方案，其操作简单。综上考虑该电厂为地区电厂，且负荷为腰荷，所以主接线方式采用方案。四、 主变压器确定1、主变压器台数：根据方案，该发电厂装设一台三绕组变压器和一台双绕组变压器，以充分保证供电可靠性。2、主变压器的容量：发电厂具体情况： 侧，三绕组变压器的确定：，则,；双绕组变压器的确定：，侧最小负荷为 .3、主变压器的形式：一般情况下采用三相式变压器，根据以上分析，具有三种电压等级的发电厂，查三绕组变压器技术数据表，选择型号为：，查双绕组变压器技术数据表，选择型号为：.三绕组变压器技术参数：型号连结组别号额定电压高/中/低容量比短路电压百分数242/121/10.5100/100/5012.88.155.3双绕组变压器技术参数：型号额定容量（kVA）连结组别号额定电压高/低短路电压百分数短路电抗标幺值9000010.50.117五、 短路电流计算（一）、短路电流计算的目的1、电气主接线的比选。2、选择导体和电器。3、确定中性点接地方式。4、计算软导体的短路摇摆。5、确定分裂导线间隔的间距。6、验算接地装置的接触电压和跨步电压。7、选择继电保护装置和进行整定计算。（二）、短路电流计算的条件1、基本假设（1）正常工作时，三相系统对称运行。（2）所有电流的电动势相位角相同。（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去不计。（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。（7）元件的技术参数均曲额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（8）输电线路的电容略去不计。2、一般规定（1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点。（4）导体和电器动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般安三相短路计算。（三）、短路电流的计算方法对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得、值。_三相短路电流；三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定。三相短路容量，用来校验断路器和开断容量以及判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。注：选取基准容量为 基准容量（）所在线路的平均电压（）按电压等级计算短路电流，该系统共有三个电压等级，故有三个短路电流，短路电流的具体计算过程见附录。等值电抗图如下：短路电流计算结果表如下（计算过程见附录A）：短路点基准电流（kA）支路名称标幺值有名值（kA）冲击电流（kA）5.5发电机0.1，0.405413.513474.3189.50.50发电机0.3325，1.014.33722.185.5530.251发电机0.217，0.28842206.52.215.627六、主要电气设备选择（一）、电气设备选择的原则：1、应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2、应按当地环境条件校核；3、应力求技术先进和经济合理；4、与整个工程的建设标准应协调一致；5、同类设备应尽量减少品种；6、选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。（二）、电气选择的条件正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。1、 按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即 。一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在及以下时为；额定电压是时是。而实际电网的最高运行电压一般不会超过电网额定电压的，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压不低于装置点电网额定电压的条件选择,即。额定电流电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即 。由于发电机、调相机和变压器在电压降低时，出力保持不变，故其相应回路的为发电机、调相机或变压器的额定电流的倍；若变压器有过负荷运行可能时，应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的；出线回路的除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度，如周围环境温度高于（但）时，其允许电流一般可按每增高，额定电流减少进行修正，当环境温度低于时，环境温度每降低，额定电流可增加，但其最大电流不得超过额定电流的。2、 按短路情况校验短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 式中 ， 短路电流产生的热效应 ，电器允许通过的热稳定电流和时间。电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为：式中 短路冲击电流有效值； 电器允许 的动稳定电流的有效值；（三）、设备选择明细表1、侧主要电气设备：设备名称型号主要参数设备台数断路器（）额定开断电流,极限通过电流峰值，热稳定电流12隔离开关（）极限通过电流峰值，热稳定电流24母线3条矩形铝导体竖放允许电流为，2电缆普通粘性浸纸绝缘三芯电缆截面积8电抗器通过容量8电压互感器（）一次绕组额定电压二次绕组额定电压2电流互感器（）额定电流比（）,22、侧主要电气设备：设备名称型号主要参数设备台数断路器（）额定开断电流极限通过电流峰值、热稳定电流4隔离开关（）极限通过电流峰值热稳定电流11母线单条矩形铝导体竖放允许电流为，2电压互感器（）一次绕组额定电压,二次绕组额定电压最大容量2电流互感器（）额定电流比43、侧主要电气设备：设备名称型号主要参数设备台数断路器（）额定开断电流极限通过电流峰值热稳定电流4隔离开关（）极限通过电流峰值热稳定电流7母线单条矩形铝导体竖放允许电流为，1电压互感器（）一次绕组额定电压二次绕组额定电压1电流互感器（）额定电流比（）2七、设计总结通过本次为期一周多的课程设计，我再一次认真的学习了发电厂电气部分这门学科及其相关学科，总结了从初学到现在的学习心得，感觉受益匪浅。完成课程设计的过程中，我学习到如何从理论部分较好的过渡到实际设计当中，从分析原始资料到如何更加合理的选择可靠性高的接线方式、灵活性高的运行方式以及实用性强和经济性好的设计方案。在这之间，我仔细查阅了不少参考学习资料，根据我此次设计的内容和联系设备的一些实际参数情况进而选择主接线图和主变压器，虽然期间我也耗费了不少精力对其进行修改和变换，但却为后来的选择其他电器设备做好了铺垫，没有多走弯路，从而以简单易行的方式达到了设计的要求和目的。对于这次课程设计，我在获得更多的专业知识之余，也加强了自己对理论知识的灵活运用能力，而且我还应做到分析问题准确到位，原理叙述完整清晰，论证计算缜密无误。以及对发电厂各项情况的了解和掌握，进而在设计过程中，循序渐进，由浅入深，做到加强基础，不断拓宽知识。当然，在整个设计中，也有我们组成员间的激烈讨论，经过交流对比获得不少学习方法和心得，大家齐心协力在短短的一周多时间内，完成了这个设计，虽不比完成一份毕业设计那样面面俱到，但也已相当优秀了。在设计时期，我严格要求自己，把这次设计当做是一项总结考核，认真负责的去完成设计任务。这对个人能力发展也十分有益，更有助于以后的生活和学习。所以，我很愉悦的完成了这次的课程设计。最后，因为我个人的知识浅薄和对电气行业的认识有限，所以设计中的不完美处还请老师多提宝贵建议。也在此感谢老师和同学对我的设计指导。 参考文献：【1】西北电力设计院，电力工程设计手册，中国电力出版社。【2】熊信银，发电厂电气部分，中国电力出版社。【3】李瑞荣，短路电流实用计算，中国电力出版社。【4】姚春球，发电厂电气部分，中国电力出版社。【5】于长顺，发电厂电气设备，水利电力出版社。【6】陈跃，电气工程专业毕业设计指南，中国水利水电出版社。【7】王士政，电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程，中国水利水电出版社。附录A 短路电流计算一、电抗计算选取基准容量为,基准容量（MVA）所在线路平均电压（kV）系统等值电抗图均采用标幺值算法，省去“*”。,二、各母线上短路时短路电流的计算1、母线上发生短路时（点）短路电流的计算将系统电抗图简化并计算：点短路时等值电路电抗化简图2、 母线上发生短路时（点）短路电流的计算将系统电抗图简化并计算：点短路时等值电路电抗化简图3、母线上发生短路时（点）短路电流的计算将系统电抗图简化并计算：点短路时等值电路电抗化简图三、各母线上短路点电流的折算1、各点基准电流：点：点：点：2、各点电流：点：点: 点: 3、各点冲击电流：点：点: 点: 附录B 设备选择及计算一、侧设备选择及校验过程1、选择过程（1）、发电机最大持续工作电流(2)、出线最大持续工作电流（3）、1号主变低压侧最大持续工作电流根据以上计算数据，设备选择如下：断路器查高压断路器技术数据，选择型断路器，其主要参数额定开断电流,极限通过电流峰值，热稳定电流。隔离开关查高压隔离开关技术数据，选择型隔离开关，其主要参数极限通过电流峰值，热稳定电流。母线 查表，选用3条矩形铝导体，竖放允许电流为4243A,。出线电缆 选择普通粘性浸纸绝缘三芯电缆。出线电抗器查电抗器技术数据，选择型电抗器，其主要参数通过容量。电压互感器查电压互感器技术数据，选择型电压互感器，其主要参数一次绕组额定电压，二次绕组额定电压。电流互感器查电流互感器技术数据，选择型电流互感器，其主要参数额定电流比（）,。2、 校验过程由附录A中的短路电流计算可知，侧短路电流，短路冲击电流，故。(1)、断路器校验热稳定校验：，满足热稳定要求。动稳定校验：,，满足动稳定要求。（2）、隔离开关校验热稳定校验：，满足热稳定要求。动稳定校验：，满足动稳定要求。（3）、母线校验当环境温度为时，查表得出温度修正系数，则热稳定校验。正常运行时导体温度查表，则满足短路时发热的最小导体截面为 满足热稳定要求动稳定校验。，取， ， 满足动稳定要求。二、侧设备选择及校验过程1、选择过程2号主变压器侧最大持续工作电流,出线最大持续工作电流，根据以上计算数据，设备选择如下：（1）、断路器查高压断路器技术数据，选择型断路器，其主要参数额定开断电流，极限通过电流峰值，热稳定电流。（2）、隔离开关查高压隔离开关技术数据，选择型隔离开关，其主要参数极限通过电流峰值，热稳定电流。（3）、母线 查表，选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为586A,。（4）、电压互感器查电压互感器技术数据，选择型电压互感器，其主要参数一次绕组额定电压,二次绕组额定电压,最大容量。（5）、电流互感器查电流互感器技术数据，选择型电流互感器，其主要参数额定电流比。2、校验过程由附录A中短路电流计算可知，侧短路电流，短路冲击电流，故。（1）、断路器校验热稳定校验：，满足热稳定要求。动稳定校验：,，满足动稳定要求。（2）、隔离开关校验热稳定校验：，满足热稳定要求。动稳定校验：,，满足动稳定要求。（3）、母线校验当环境温度为时，查表得出温度修正系数，则热稳定校验。正常运行时导体温度查表，则满足短路时发热的最小导体截面为，满足热稳定要求动稳定校验。，取，满足动稳定要求。三、侧设备选择及校验过程1、选择过程2号主变压器侧最大持续工作电流,出线最大持续工作电流，根据以上计算过程，设备选择如下：（1）、断路器查高压断路器技术数据，选择型断路器，其主要参数额定开断电流，极限通过电流峰值，热稳定电流。（2）、隔离开关查高压隔离开关技术数据，选择型隔离开关，其主要参数极限通过电流峰值，热稳定电流。（3）、母线 查表，选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为586A,。（4）、电压互感器查电流互感器技术数据，选择型电压互感器，其主要参数一次绕组额定电压，二次绕组额定电压。（5）、电流互感器查电流互感器技术数据，选择型电流互感器，其主要参数额定电流比（）。2、校验过程根据附录A中短路电流计算可知，侧短路电流，短路冲击电流，故。（1）、断路器校验热稳定校验：，满足热稳定要求。动稳定校验：,，满足动稳定要求。（2）、隔离开关校验热稳定校验：，满足热稳定要求。动稳定校验：,，满足动稳定要求。（3）、母线校验当环境温度为时，查表得出温度修正系数，则热稳定校验。正常运行时导体温度查表，则满足短路时发热的最小导体截面为 ，满足热稳定要求动稳定校验。，取，满足动稳定要求。附录C 完整的主接线图